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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Nous présentons une procédure expérimentale de développement du biofilm de Candida albicans dans un modèle sous-cutané de souris. Les biofilms fongiques ont été quantifiés en déterminant le nombre d’unités formant des colonies et par une imagerie de bioluminescence non invasive, où la quantité de lumière produite correspond au nombre de cellules viables.
Candida albicans développement de biofilm sur des surfaces biotiques et / ou abiotiques représente une menace spécifique pour les patients hospitalisés. Jusqu'à présent, C. biofilms albicans ont été étudiés principalement in vitro, mais il ya un besoin crucial pour une meilleure compréhension de ce processus dynamique dans des conditions in vivo. Nous avons développé un modèle de rat sous-cutanée in vivo pour étudier C. albicans formation de biofilm. Dans notre modèle, multiple (jusqu'à 9) appareils infectés par Candida sont implantés à la partie arrière de l'animal. Cela nous donne un avantage majeur sur le système de modèle de cathéter veineux central car il nous permet d'étudier plusieurs biofilms indépendants dans un animal. Récemment, nous avons adapté ce modèle pour étudier C. le développement de biofilm albicans chez la souris BALB / c. Dans ce modèle, mûrir C. biofilms albicans développent dans les 48 heures et démontrent l'architecture du biofilm tridimensionnelle typique. La quantification de biofilm fongiqueest traditionnellement analysé post-mortem et exige le sacrifice d'accueil. Parce que cela nécessite l'utilisation de nombreux animaux pour réaliser des études cinétiques, nous avons appliqué la bioluminescence imagerie non invasive (BLI) de suivre longitudinalement dans vivo mûrir C. albicans biofilms développer dans notre modèle sous-cutanée. C. albicans cellules ont été modifiées pour exprimer le gène de la luciférase de Gaussia princeps (Gluc) fixée à la paroi cellulaire. Le signal de bioluminescence est produite par la luciférase qui convertit la coelentérazine de substrat ajouté à la lumière qui peut être mesurée. Le signal BLI ressemblait nombre de cellules obtenues à partir de cathéters explantées. Imagerie non invasive pour quantifier la formation de biofilm in vivo fournit des applications immédiates pour le dépistage et la validation de médicaments antifongiques dans des conditions in vivo, ainsi que pour les études basées sur les interactions hôte-pathogène et contribuant à une meilleure compréhensiontion de la pathogenèse des infections liées aux cathéters.
Candida albicans est un organisme commensal, qui se trouve à différents sites d'individus en bonne santé, par exemple sur la peau ou en tant que partie de la flore vaginale et gastro-intestinal. Cependant, dans hospitalisé, et surtout les patients immunodéprimés, il peut provoquer un large éventail d'infections 1. Chez ces individus, le système immunitaire est affaibli permet aux cellules de Candida pour diffuser dans la circulation sanguine et envahissent les tissus profonds provoquant des infections potentiellement mortelles. En outre, la présence de substrats abiotiques tels que des cathéters veineux centraux et des voies urinaires, des soupapes et des joints cardiaques artificielles peut fournir un créneau pour Candida accessoire 2. Adhérence à ces substrats est un préalable à la poursuite du développement du biofilm, ce qui représente une couche de cellules de levure et hyphes enrobé dans un matériau polymère extracellulaire, constitué principalement de deux polysaccharides. C. albicans cathéter associée au gène infectionssont associés à des taux de mortalité élevé. Une caractéristique générale de biofilms est leur sensibilité diminuée aux antifongiques connus, tels que les azoles 3,4. Seulement nouvelles classes de médicaments antifongiques tels que échinocandines et formulation liposomale d'amphotéricine B se sont révélées actives contre les infections liées aux cathéters 5-7. En raison de biofilm résilience aux antifongiques, les approches thérapeutiques sont très limitées, conduisant souvent à l'enlèvement du cathéter et son remplacement ultérieur comme une solution unique.
La plupart de notre compréhension actuelle de C. le développement de biofilm albicans provient des études in vitro sur des substrats abiotiques tels que le polystyrène, ou des matières plastiques utilisées pour la fabrication des dispositifs mentionnés ci-dessus, ce est à dire, silicone, polyuréthane 2. Ces modèles sont très avancés et essaient d'imiter le plus fidèlement la situation in vivo que possible. Toutefois, ces systèmes ne comportent pas l'écoulement sanguin continu et til système immunitaire de l'hôte. Il en a résulté le développement de systèmes de modèle in vivo, tels que le modèle cathéter veineux central (CVC) 8-10, le modèle de prothèse dentaire de la stomatite candidose buccale 11 et un modèle murin pour cathéter associé candidurie 12. En outre, C. le développement de biofilm albicans a été étudiée in vivo sur les surfaces des muqueuses, telles que celles de la cavité vaginale 13 et 14 par voie orale. Notre laboratoire a contribué à la création d'un sous-cutanée C. modèle de biofilm albicans, qui est basé sur l'implant de morceaux de cathéters infectés sur le dos de rats Sprague-Dawley 15. Ce modèle a été utilisé avec succès dans notre laboratoire pour tester la sensibilité au fluconazole biofilm et échinocandine médicaments 5,16, pour étudier l'effet de la thérapie combinatoire de diclofénac et caspofungine 17. Plus récemment, nous avons adapté ce système pour une utilisation dans souris BALB / c 18,19. Encomparaison avec d'autres modèles in vivo, le principal avantage de ce modèle sous-cutanée est la possibilité d'étudier plusieurs biofilms par animal développé à l'intérieur du lumen de cathéter de pièces implantées.
Pour réduire le nombre d'animaux de laboratoire, nous avons adapté ce modèle pour étudier le développement de C. albicans biofilms non invasive en utilisant l'imagerie par bioluminescence (BLI) 18,19. Cette méthode se est avérée une technique puissante, qui peut être utilisée pour quantifier les biofilms en mesurant le signal spécifique BLI à la région d'intérêt (dans notre cas, la zone de cathéters implantés), évitant le sacrifice animal. Par rapport à des bactéries, qui peut exprimer à la fois le gène et le substrat nécessaire à la réaction de bioluminescence en raison de l'introduction d'un opéron lux 20 spécifique, la plupart des organismes eucaryotes, y compris C. albicans, dépendent de l'expression hétérologue d'un gène de la luciférase couplée à laadministration externe d'un substrat spécifique, telle que D-luciférine ou 21 coelentérazine. Probablement en raison de la présence de la paroi cellulaire fongique et C. albicans morphogenèse, la délivrance intracellulaire du substrat pour l'enzyme luciférase a été un défi principal 21. Afin de résoudre ce problème, Enjalbert et al. 22 conçu une souche où C. synthétique albicans version optimisée codon du gène de la luciférase de Gaussia princeps naturellement sécrétée (Gluc) a été fusionné à l'C. PGA59 gène albicans, une ancre GPI protéine de la paroi cellulaire. En raison de la présence de la luciférase à la paroi cellulaire, des problèmes concernant la disponibilité intracellulaire du substrat pourraient être évités. Ce système particulier a été utilisé pour étudier les infections superficielles provoquées par C. 22 albicans. Très récemment, BLI a également été utilisé pour suivre la progression de la candidose oropharyngée et son possibltraitement de l'e 23. Ces résultats appuient l'utilisation de BLI comme une technique prometteuse pour étudier les infections causées par des cellules vivant en liberté, mais aussi les infections associées aux périphériques.
Dans cette étude, nous décrivons la C. albicans développement d'un biofilm sur des morceaux de cathéters de polyuréthanne dans des souris BALB / c et sa quantification à l'aide de BLI. Nous fournissons un protocole détaillé de la colonisation in vitro de cathéters de polyuréthanne au cours de la période d'adhérence suivie de l'implantation chez la souris et le développement de biofilm subséquente d'animaux vivants. Outre la mesure du signal émis par le BLI C. cellules albicans, on détermine également la unités formant des colonies pour la comparaison avec la technique classique de biofilm fongique charge quantification.
NOTE: Toutes les expériences animales ont été approuvés par le comité d'éthique de la KU Leuven (numéro de projet 090/2013). Maintenir les animaux conformément aux lignes directrices de soins aux animaux KU Leuven.
1. C. albicans Croissance
2. Préparation cathéter Pieces
3. Les animaux et la suppression du système immunitaire
4. Substrats de polyuréthane ex vivo C. albicans Adhérence sur FBS revêtues
5. Anesthésie
6. chirurgie animale
7. La bioluminescence Imaging: Préparation de coelentérazine (CTZ), le substrat de G. luciférase princeps
9. cathéter explantation
10. Quantification des cellules associées à un biofilm par unités formatrices de colonies comte (UFC) et analyse statistique des résultats
Dans cette étude, nous montrons la procédure chirurgicale d'implant de cathéter et explant in vivo au cours de C. albicans développement du biofilm dans une souris. En outre, nous affichons la quantification des biofilms matures non seulement par UFC recensement classique mais aussi par BLI.
Comme le montre la Figure 1A, phosphorescents non morceaux de cathéters en polyuréthanne ont été coupés en des dispositifs de 1 cm et ensuite revêtus avec du sérum. Cette étape est très importante car elle permet aux cellules de Candida attachent au substrat plus rapidement en comparaison avec les implants non enrobés 15 sérum. Il est important de mentionner que, avant toute C. expérience albicans nous avons documenté la luminescence de nos appareils 18 de fond. Cette étape est cruciale avant d'effectuer toute BLI parce haute phosphorescence de l'appareil va interférer avec l'évaluation de la cinétique spécifiques de l'intensité du signal et de signaux bioluminescents de gLuc-les cellules exprimant. Ensuite, C. albicans cellules sont incubées avec les pièces de cathéter enduites de sérum. fragments de cathéter sont ensuite implantés sur la partie arrière de l'animal après l'incision sous-cutanée (figure 2A). Dans ce in vivo mis en place, deux incisions sont effectuées (une à droite et l'autre sur le côté gauche de l'arrière d'une souris) suivie par la formation de tunnels sous-cutanées dans chaque incision (Figure 2A (3)). Par la suite, trois dispositifs, préalablement infectées avec des cellules de Candida, sont implantés à l'intérieur de chaque site d'opération (figure 2A (3 et 4)). Cette mise en place nous permet d'étudier jusqu'à six biofilms par animal. Il est à noter que deux sites d'exploitation fournissent une possibilité d'étudier la formation de biofilm par deux souches différentes d'intérêt, par exemple le type et mutant sauvage dans le même animal. La figure 2B montre la plaie contenant des cathéters avant l'explant de l'appareil et des étapes de lavage ultérieures.Les biofilms développés intérieur de la partie arrière de l'animal ont été évalués pour les mesures de signal de bioluminescence. Un des animaux représentatifs affichant le signal de bioluminescence avec rectangles caractérisant les régions d'intérêt (ROI) est représenté dans la figure 3. Après le dernier point de temps BLI, cathéters sont explantées, soniquées puis vortex et une évaluation plus approfondie pour les cellules formant les biofilms quantification par UFC. Les analyses des données démontrant le journal 10 UFC obtenues à partir de chaque pièce de cathéter après le développement du biofilm et explantation sont présentés dans la figure 4A. À côté de cela, CFU ont été comparées à l'intensité du signal BLI et ces données sont présentées sur la figure 4B. Quatre-vingt dix minutes après l'implantation d'un signal clair BLI est produit par la ACTgLuc dites-vous alors qu'il biofilms dans la souche de type sauvage, à peine toute la lumière est produite; L'intensité de la lumière détectée à partir de la ACTgLuc dites-vousbiofilms est considérablement augmentent à mesure que le biofilm est formé, voici ci-dessous la même souris (figure 4C). Cette augmentation de la lumière suit la même tendance que l'augmentation de la CFU par biofilm (figure 4A). Dans nos expériences, nous avons également observé que d'une souche de type sauvage normal (pas modifié pour exprimer la luciférase) se traduit également dans la production de la lumière lors de l'addition du substrat. Cependant, le flux de photons est significativement plus faible que celle obtenue pour la souche d'ingénierie.
Pris ensemble, nos données montrent que BLI est une technique puissante pour surveiller et quantifier in vivo mûrir C. albicans formation d'un biofilm dans un modèle murin sous-cutané.

Figure 1: Préparation des dispositifs de polyuréthane polyuréthane partie du cathéter couper en morceaux de 1 cm.. Poc plastiqueché contenant cathéter est ouvert dans les conditions stériles et toutes les parties, à l'exception cathéter sont retirés de l'emballage. Deuxièmement, placer la règle en vertu de la poche plastique et couper des morceaux exactement 1 cm de polyuréthane. De tels dispositifs sont ensuite répartis dans des tubes de microcentrifugation (max 15 pièces / tube) et immergés dans 100% de sérum bovin fœtal suivie d'une incubation pendant une nuit à 37 ° C.

Figure 2: Des mesures importantes au cours de la chirurgie des animaux. (A) Procédure d'implant de cathéter. (1) Lieu anesthésié l'animal sur un pad chaude contenant du tissu de papier et appliquer de la pommade ophtalmique sur les yeux. (2) Rasez partie inférieure du dos et à désinfecter. (3) Créer deux petites (env. 0,5 cm) incisions à travers la peau sur la gauche et sur le côté droit de l'arrière. Créer tunnel sous-cutanée dans chaque incision et placer trois cathéters intérieur. (4) Fermez le wo und avec des sutures et lieu animaux sur un tapis chaud pour récupérer. (B) Procédure de retrait du cathéter. (1) Lieu sacrifiée animaux sur un pad et désinfecter les cathéters secondaires contenant exploités. Couper la blessure juste au-dessus des cathéters. (2) Sortez chaque cathéter doucement et laver deux fois avec 1 ml de PBS. Placez le microtube distinct.

Figure 3:. Mesure de signal bioluminescence in vivo l'image d'une souris BLI représentant imagée après 6 jours de développement du biofilm. La quantification de l'intensité du signal est effectué en plaçant une région d'intérêt (ROI) (rectangulaire) autour des cathéters suivie par mesure du flux de photons par seconde à travers chaque ROI.
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Figure 4: Quantification des matures Candida albicans biofilms par unités formant colonie (UFC) et par BLI. (A) In vivo mûrir C. albicans SKCA23- ACTgLuc et SC5314 (WT) biofilm quantification par Log10 UFC après 90 min, 2 jours et 6 jours de développement du biofilm. (B) signal de bioluminescence intensité quantification des biofilms in vivo formés par SKCA23- ACTgLuc et par C. albicans WT. Signal a été déterminée après 90 min (durée de l'adhérence), 2 jours et 6 jours de développement du biofilm. Comme témoin, on a utilisé des souris qui ont été implantés avec des cathéters non colonisé et qui ont été injection sous-cutanée CTZ. Le flux de photons obtenue chez ces souris se traduit par notre signal d'arrière-plan (BG). Les données ont été exprimées en moyenne ± écart-type (SD). La signification statistique est indiquée comme suit: * p <0,05, ** p <0,005, *** p <0,0005. In vivo images de bioluminescence de la souris une représentante qui a été implantés avec des fragments de cathéters contenant sauvage de type C. cellules albicans sur le côté gauche et les cellules dites-vous ACTgLuc sur le côté droit. La souris a été imagée en trois périodes de temps différentes, à savoir 90 min, 2 jours et 6 jours après l'implantation des fragments de cathéter.
Les auteurs déclarent qu'ils ne ont aucun intérêt financier concurrentes.
Nous présentons une procédure expérimentale de développement du biofilm de Candida albicans dans un modèle sous-cutané de souris. Les biofilms fongiques ont été quantifiés en déterminant le nombre d’unités formant des colonies et par une imagerie de bioluminescence non invasive, où la quantité de lumière produite correspond au nombre de cellules viables.
Ce travail a été soutenu par la KU Leuven PF 'IMIR', la communauté de recherche FWO sur la biologie et l’écologie des biofilms bactériens et fongiques (FWO : WO.026.11N) et par le projet FWO G.0804.11. SK remercie chaleureusement la KU Leuven pour la bourse PDMK 11/089 et la FWO pour la bourse postdoctorale. Nous sommes reconnaissants à Nico Vangoethem pour son aide dans la préparation des figurines. Nous tenons à remercier Celia Lobo Romero pour son assistance technique lors des procédures expérimentales in vivo.
| Extrait de levure granulé | Merck | MERC1.03753.0500 | |
| Peptone bactériologique | Oxoid | LP037B | |
| Gélose granulée | Difco | 214530 | |
| D-(+)-glucose | Fluka | 49159-5KG | |
| Saline tamponnée au phosphate  ; | Préparé en laboratoire | pour 1 L de 10x PBS : 80 g de NaCl, 2 g de KCl, 14,4 g de Na2HPO4, 2,4 g de KH2PO4 | |
| >RPMI1640 avec de la L-glutamine et sans carbonate de sodium. | Sigma | R6504-1L | Préparer selon le protocole pour les tests de sensibilité aux médicaments contre Candida albicans  ; |
| Acide 3-(N-morpholino)propanesulfonique (MOPS) | Sigma | M1254 | MOPS est utilisé pour ajuster le pH du milieu RPMI (pH 7,0) |
| sérum fœtal bovin (FBS) | Sigma | F7524 | |
| Tube de cathéter intraveineux en polyuréthane tripe-lumière (2,4 mm de diamètre, Certofix Trio S730)  ; | BBraun | CV-15703 | Pièce en polyuréthane coupée en morceaux de 1 cm |
| Dexaméthasone | Fagron SAS, France | 611139 | Immunosuppresseur (solution mère 10 mg/ml) |
| Ampicilline  ; | Duchefa Biochemie, Pays-Bas | A0104 | Prophylaxie antibactérienne |
| Kétamine 1000 | Pfizer | 804 119 | Anesthésique |
| Domitor | Pfizer | 134737-1 | Anesthésique |
| Antisedan | Pfizer | 134783-2 | Inversion de l’anesthésie |
| Gel de xylocaïne (2 %) - c’est Linisol | AstraZeneca | 352 1206 | Anesthésique local pour la peau |
| ophtalmique Terramycine/polymyxine-b | Pour prévenir le dessèchement et l’infection des yeux | ||
| Coelentérazine | Prolume (Nanolight) | NF-CTZ-FB | Agent sensible à la lumière (doit être conservé dans l’obscurité) |
| Isopropanol d’iode (1 %) | 3M&trade ; DuraPrep&trade ;   ; | Désinfectant pour la peau | |
| 0,5 % de chlorhexidine dans de l’alcool à 70 %.   ; | Cedium | Désinfectant pour la peau | |
| Équipement | |||
| Chambre de comptage | cellulaire | ||
| Seringues à insuline (0,3 ml) | Terumo Myjector 29G | 324826 | Pour injection de coelenterazine |
| Rasoir | électrique | Pour petits animaux | |
| Outils chirurgicaux | stériles Ciseaux, 2 paires de pinces à épiler, | ||
| scalpel Coussin chauffant | Leica | 14042321474 | |
| Suture cutanée | Johnson& Johnson | K890H | Fil chirurgical, aiguille |
| d’eau Sonicateur | Branson 2210 | ||
| BLI caméra (IVIS Spectrum)  ; | Perkin Elmer, Alameda | IVISSPE | |
| Living Image software  ; | Perkin Elmer, Alameda | (version 4.2)  ; |